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    Java 并发概述 |  
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<h1 class="article-title sea-center" style="border-left:0" itemprop="name">
  Java 并发概述
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      <a href="/2017/07/02/Java-并发概述/" class="article-date">
  <time datetime="2017-07-02T15:43:33.000Z" itemprop="datePublished">2017-07-02</time>
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    <div class="article-entry" itemprop="articleBody">
       
  <p>操作系统拥有在同一刻运行多个程序的能力，并发执行的进程数不受 CPU 数目制约，系统将 CPU 的时间片分配给每个进程，给人并行处理的感觉。</p>
<p>而多线程扩展了多任务的概念，即一个程序同时执行多个任务（线程）。每个进程拥有自己的一套变量，而线程则共享数据。本篇文章将从线程、同步、执行器等多方面介绍 Java 并发。</p>
<a id="more"></a>
<h2 id="线程"><a href="#线程" class="headerlink" title="线程"></a>线程</h2><p>通常人们会提防长时间的计算，如在 GUI 或 web 项目中，如果需要执行一个比较耗时的任务，应该使用线程并发的方式快速响应。</p>
<h3 id="线程的简单使用"><a href="#线程的简单使用" class="headerlink" title="线程的简单使用"></a>线程的简单使用</h3><p>创建单独的线程并执行任务很简单，需要将任务实现在 Runable 接口的 run 方法中，通过 Runable 创建 Thread 对象，然后通过 Thread 对象的 start 方法启动线程。</p>
<h3 id="中断线程"><a href="#中断线程" class="headerlink" title="中断线程"></a>中断线程</h3><p>当线程的 run 方法执行完毕或出现了没有被捕获的异常时，线程会中止。没有可以强制终止线程方法，但 interrupt 方法可以用于请求终止线程。</p>
<blockquote>
<p> 早起 Java 版本中，其他线程可以通过调用 stop 方法终止线程，不过已经被弃用，因为无法确定什么时候调用 stop 方法是安全的，suspend 方法同样被弃用，经常导致死锁。</p>
</blockquote>
<p>每个线程都有一个 boolean 中断状态标志，调用 interrupt 方法会使中断状态被置位，可以不时地通过 Thread.currentThread 方法获取当前线程，然后通过 isInterrupted 方法判断线程的中断状态。</p>
<p>在一个被阻塞（sleep 或 wait）的线程上调用 interrupt 方法时会产生 InterruptedException，如果要对一个存在阻塞情况的线程发送终止请求，必须要处理 InterruptedException。</p>
<h3 id="线程状态"><a href="#线程状态" class="headerlink" title="线程状态"></a>线程状态</h3><p>线程存在以下 6 种状态：New、Runnable、Blocked、Waiting、Timed waiting 和 Terminated，调用 getState 可以获取当前状态。</p>
<p>使用 new 创建一个新线程时，线程还没有开始运行，状态是 New，一旦调用 start 方法，线程处于 Runnable 状态。</p>
<p>如果线程视图获取一个被其他线程持有的锁，线程会进入 Blocked 状态，直至其他线程释放锁且调度器允许该线程持有锁；而当线程等待另一个线程通知调度器一个条件时，会进入 Waiting 状态。有些方法包含超时参数，可以通过调用这些方法进入 Timed waiting 状态。</p>
<p>当线程执行完毕或出现没有被捕获的异常时线程被终止。</p>
<h3 id="线程属性"><a href="#线程属性" class="headerlink" title="线程属性"></a>线程属性</h3><p>Java 中每个线程都有优先级，默认情况线程继承父进程的优先级，可以通过 setProiority 方法提高或降低优先级。Java 线程的优先级取决于宿主机平台的线程实现机制，所以不要使程序的正确性依赖于优先级。</p>
<p>通过调用 setDaemon 方法可以将线程转换为守护线程，守护线程的唯一用途是为其他线程提供服务，当只剩下守护线程时虚拟机就退出了。守护线程永远不应该访问文件、数据库等固有资源，它可能会在任何时候发生中断。</p>
<p>线程在因为异常而死亡之前，会将异常传递到一个处理器，该处理器实现 Thread.UncaughtExceptionHandler 接口。可以通过 setUncaughtExceptionHandler 方法为线程安装处理器，也可以使用静态方法 setDefaultUncaughtExceptionHandler  为所有线程安装处理器。线程的处理器默认为空。</p>
<h2 id="同步"><a href="#同步" class="headerlink" title="同步"></a>同步</h2><p>在大部分多线程应用中，多个线程会共享数据，如果多个线程都对同一个对象进行修改，将会根据写入的顺序产生不同的结果。为了避免多线程引起的共享数据错误，需要使用同步存取，Java 提供了 synchronized 关键字和 ReentrantLock 类两种机制来确保任何时刻只有一个线程进入临界区。</p>
<h3 id="ReentrantLock"><a href="#ReentrantLock" class="headerlink" title="ReentrantLock"></a>ReentrantLock</h3><p>使用 ReentrantLock 时，需要在代码块前通过 lock 方法对代码块加锁，并在 finally 子句（确保抛出异常时能够释放）中通过 unlock 方法释放锁。一旦一个线程封锁了锁对象。其他线程无法通过 lock 语句而被阻塞，直到锁被释放。</p>
<p>ReentrantLock 是可重入的，即线程可以重复获得已经持有的锁，ReentrantLock 用一个计数器来跟踪 lock 的嵌套调用。</p>
<p>ReentrantLock 有公平策略，即锁倾向于等待时间最长的线程。公平策略会影响性能，默认不是公平的。</p>
<h3 id="Condition"><a href="#Condition" class="headerlink" title="Condition"></a>Condition</h3><p>有时进入临界区的线程需要在某些条件满足时才能执行，但这一线程刚刚获得了锁，其他线程无法在此时持有锁进而无法工作，所以需要条件对象 condition。</p>
<p>一个锁对象可以有多个条件对象，通过 newCondition 方法可以获得条件对象。当条件不满足时通过 await 方法阻塞线程并放弃锁，进入该条件的等待集。等待集中的线程在锁可用时不会解除阻塞，需要另一线程调用同一条件的 signalAll 方法才会变为可运行状态并开始竞争锁，重新获取锁后从 await 返回并从被阻塞的位置继续执行。</p>
<p>注意 signalAll 方法无法确保条件已经被满足，需要再次去检测条件。另外 signal 方法可以随机解除等待集中的一个线程，比 signalAll 更高效，但也存在危险（随机选择的线程有可能仍然不能运行）。</p>
<h3 id="synchronized"><a href="#synchronized" class="headerlink" title="synchronized"></a>synchronized</h3><p>锁和条件对象提供了高度的锁定控制，然而在多数情况下不需要那样的控制。Java 中每个对象都有一个内部锁，如果一个方法用 synchronized 关键字声明，则锁对象将保护整个方法，即调用方法必须获得内部锁。</p>
<p>内部对象锁只有一个条件，通过 wait 方法可以将线程添加到等待集，notifyAll 或 notify 方法解除等待线程的阻塞状态。</p>
<p>synchronized 可用于静态方法，方法将获得类对象的内部锁。</p>
<p>通过对一个对象使用 synchronized 也可以获得锁，如：</p>
<figure class="highlight java"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br><span class="line">6</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line"><span class="keyword">private</span> Object lock = <span class="keyword">new</span> Object();</span><br><span class="line"><span class="function"><span class="keyword">public</span> <span class="keyword">void</span> <span class="title">test</span><span class="params">()</span> </span>&#123;</span><br><span class="line">    <span class="keyword">synchronized</span> (lock) &#123;</span><br><span class="line">        ...</span><br><span class="line">    &#125;</span><br><span class="line">&#125;</span><br></pre></td></tr></table></figure>
<h3 id="volatile"><a href="#volatile" class="headerlink" title="volatile"></a>volatile</h3><p>Java 提供了一种稍弱的同步机制，即 volatile 变量。变量声明为 volatile 之后，对该变量的操作不会与其他内存操作一起重排序，也不会被缓存在寄存器等地方，读取 volatile 变量时总会返回最新写入的值。</p>
<p>访问 volatile 变量不会加锁，线程不会阻塞，比 synchronized 更轻量级。</p>
<h3 id="原子性"><a href="#原子性" class="headerlink" title="原子性"></a>原子性</h3><p>java.util.concurrent.atomic 包中有很多类使用了高效的机器级指令保证操作的原子性，如 AtomicInteger 提供了 incrementAndGet 和 decrementAndGet 方法以原子方式将整数自增、自减。</p>
<p>如果大量线程访问相同的原子值，性能会大幅下降，Java8 提供了 LongAdder 和 LongAccumulator 来解决这个问题。</p>
<p>LongAdder 包含多个变量，其总和为当前值。不同线程更新不同的加数，如果全部工作完成后才需要总和的值这种方法非常高效。</p>
<p>LongAccumulator 在构造器中可以提供这个操作及它的零元素，通过 accumulate 方法加入新的值，通过 get 方法获取当前值，最终得到 a1 op a2 op a3 … 。</p>
<h3 id="线程局部变量"><a href="#线程局部变量" class="headerlink" title="线程局部变量"></a>线程局部变量</h3><p>有些类不是线程安全的，如 SimpleDateFormat，使用同步开销太大，在需要时创建新的 SimpleDateFormat 对象也有些浪费，可以为每个线程构造一个实例，如：</p>
<figure class="highlight java"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line"><span class="keyword">public</span> <span class="keyword">static</span> <span class="keyword">final</span> ThreadLocal&lt;SimpleDateFormat&gt; format =</span><br><span class="line">            ThreadLocal.withInitial(() -&gt; <span class="keyword">new</span> SimpleDateFormat(<span class="string">"yyyy-MM-dd"</span>));</span><br><span class="line">String dateString = format.get().format(<span class="keyword">new</span> Date()) ;</span><br></pre></td></tr></table></figure>
<h3 id="tryLock"><a href="#tryLock" class="headerlink" title="tryLock"></a>tryLock</h3><p>线程在调用 lock 方法获取锁时可能会发生阻塞，如果希望获取锁失败后立即返回，可以使用 tryLock 方法，成功获取锁后返回 true，否则返回 false。tryLock 可以使用超时参数，使阻塞时间不超过给定的值。</p>
<h3 id="读-写锁"><a href="#读-写锁" class="headerlink" title="读/写锁"></a>读/写锁</h3><p>ReentrantLock 可以通过 readLock 和 writeLock 方法抽取出读锁和写锁，在多读取少写入的情况下可以仅使用写锁，允许读者线程共享访问。</p>
<h2 id="阻塞队列"><a href="#阻塞队列" class="headerlink" title="阻塞队列"></a>阻塞队列</h2><p>很多线程问题可以通过使用阻塞队列来方便、安全地解决，生产者线程向队列插入元素，消费者线程读取它们。当试图向已满队列添加元素或从空队列读取元素时，阻塞队列导致线程阻塞。</p>
<p>阻塞队列提供了 3 组对列满或空有不同响应方式的方法，其中 put、take 会阻塞，add、remove、element 会抛出异常，offer、poll、peek 返回 false 或 null。</p>
<h2 id="线程安全的集合"><a href="#线程安全的集合" class="headerlink" title="线程安全的集合"></a>线程安全的集合</h2><p>多线程并发地修改一个数据结构，可能会破坏数据，如 HashMap。可以通过锁来加以保护，更好的方式是使用线程安全的集合。</p>
<p>java.util.concurrent 包提供了映射、有序集和队列的高效实现：ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet 和 ConcurrentLinkedQueue。集合返回弱一致性的迭代器，即不一定能反映出所有的修改，但能保证同一个值不会返回两次。</p>
<h2 id="Callable-和-Future"><a href="#Callable-和-Future" class="headerlink" title="Callable 和 Future"></a>Callable 和 Future</h2><p>Callable 和 Runnable 类似，只是任务执行的方法有一个参数化类型的返回值。</p>
<p>Future 保存异步计算的结果，将 Future 对象交给某个线程，在结果计算成功后可以通过 Future 对象获取结果。Future 对象的 get 方法会阻塞，直到计算完成。get 方法可以设置超时时间，超时会抛出 TimeoutException。</p>
<p>FutureTask 可以将 Callable 转为 Future 和 Runnable，如：</p>
<figure class="highlight java"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">Callable&lt;Integer&gt; callable = ...;</span><br><span class="line">FutureTask&lt;Integer&gt; task = <span class="keyword">new</span> FutureTask&lt;&gt;(callable);</span><br><span class="line"><span class="keyword">new</span> Thread(task).start();</span><br><span class="line">Integer result = task.get();</span><br></pre></td></tr></table></figure>
<h2 id="执行器"><a href="#执行器" class="headerlink" title="执行器"></a>执行器</h2><p>如果程序中需要使用大量的生命期很短的线程，就应该使用线程池。线程池中包含空闲线程，可用于执行任务，任务完成后线程不会死亡，而是准备完成下一个任务。线程池还可以配置固定的线程数来限制并发线程总数。</p>
<p>Java 中 Executors 类提供了构建线程池的方法，其中 newCachedThreadPool 会在必要时创建新线程，空闲线程保留 60 秒；newFixedThreadPool 创建固定线程数的线程池，空线程会一直保留；newSingleThreadExecutor 创建只有一个线程的线程池，顺序执行提交的任务；newScheduledThreadPool 和 newSingleThreadScheduledExecutor 用于创建预定执行的线程池。</p>
<p>通过 submit 方法可以将 Runnable 或 Callable 对象提交给 ExecutorService，返回 Future 对象（对提交 Runnable 返回的 Future 调用 get 方法返回 null）。提交完全部任务应该调用 shutdown 方法，该方法会使执行器不再接收新任务，并在完成全部任务后终止线程。调用 showdownNow 方法会取消尚未开始的任务并试图中止正在运行的线程。</p>
<p>awaitTermination 方法需要传入一个超时时间，该方法会阻塞至全部任务执行完毕或到达超时时间。</p>
<p>ScheduledExecutorService 为预定执行或重复执行任务而设计，可以预定任务在初始延迟后只运行一次，也可以预定一个任务周期性执行。</p>
<p>执行器还可以控制一组任务，如 invokeAny 方法提交一个任务集合，并返回最先完成的任务结果；invokeAll 返回 Future 对象列表。构建 ExecutorCompletionService 能够按完成顺序获取结果，没有已完成结果时阻塞。</p>
 
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            <div class="pswp__item"></div>
        </div>

        <!-- Default (PhotoSwipeUI_Default) interface on top of sliding area. Can be changed. -->
        <div class="pswp__ui pswp__ui--hidden">

            <div class="pswp__top-bar">

                <!--  Controls are self-explanatory. Order can be changed. -->

                <div class="pswp__counter"></div>

                <button class="pswp__button pswp__button--close" title="Close (Esc)"></button>

                <button class="pswp__button pswp__button--share" style="display:none" title="Share"></button>

                <button class="pswp__button pswp__button--fs" title="Toggle fullscreen"></button>

                <button class="pswp__button pswp__button--zoom" title="Zoom in/out"></button>

                <!-- Preloader demo http://codepen.io/dimsemenov/pen/yyBWoR -->
                <!-- element will get class pswp__preloader--active when preloader is running -->
                <div class="pswp__preloader">
                    <div class="pswp__preloader__icn">
                        <div class="pswp__preloader__cut">
                            <div class="pswp__preloader__donut"></div>
                        </div>
                    </div>
                </div>
            </div>

            <div class="pswp__share-modal pswp__share-modal--hidden pswp__single-tap">
                <div class="pswp__share-tooltip"></div>
            </div>

            <button class="pswp__button pswp__button--arrow--left" title="Previous (arrow left)">
            </button>

            <button class="pswp__button pswp__button--arrow--right" title="Next (arrow right)">
            </button>

            <div class="pswp__caption">
                <div class="pswp__caption__center"></div>
            </div>

        </div>

    </div>

</div>

<link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/photoswipe.min.css">
<link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/default-skin/default-skin.min.css">
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/photoswipe.min.js"></script>
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/photoswipe-ui-default.min.js"></script>

<script>
    function viewer_init() {
        let pswpElement = document.querySelectorAll('.pswp')[0];
        let $imgArr = document.querySelectorAll(('.article-entry img:not(.reward-img)'))

        $imgArr.forEach(($em, i) => {
            $em.onclick = () => {
                // slider展开状态
                // todo: 这样不好，后面改成状态
                if (document.querySelector('.left-col.show')) return
                let items = []
                $imgArr.forEach(($em2, i2) => {
                    let img = $em2.getAttribute('data-idx', i2)
                    let src = $em2.getAttribute('data-target') || $em2.getAttribute('src')
                    let title = $em2.getAttribute('alt')
                    // 获得原图尺寸
                    const image = new Image()
                    image.src = src
                    items.push({
                        src: src,
                        w: image.width || $em2.width,
                        h: image.height || $em2.height,
                        title: title
                    })
                })
                var gallery = new PhotoSwipe(pswpElement, PhotoSwipeUI_Default, items, {
                    index: parseInt(i)
                });
                gallery.init()
            }
        })
    }
    viewer_init()
</script>

<!-- MathJax -->

<script type="text/x-mathjax-config">
  MathJax.Hub.Config({
      tex2jax: {
          inlineMath: [ ['$','$'], ["\\(","\\)"]  ],
          processEscapes: true,
          skipTags: ['script', 'noscript', 'style', 'textarea', 'pre', 'code']
      }
  });

  MathJax.Hub.Queue(function() {
      var all = MathJax.Hub.getAllJax(), i;
      for(i=0; i < all.length; i += 1) {
          all[i].SourceElement().parentNode.className += ' has-jax';
      }
  });
</script>

<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/mathjax@2.7.6/unpacked/MathJax.js?config=TeX-AMS-MML_HTMLorMML"></script>
<script>
  var ayerConfig = {
    mathjax: true
  }
</script>

<!-- Katex -->

<!-- busuanzi  -->

<!-- ClickLove -->

<!-- ClickBoom1 -->

<!-- ClickBoom2 -->

<!-- CodeCopy -->

<link rel="stylesheet" href="/css/clipboard.css">
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/clipboard@2/dist/clipboard.min.js"></script>
<script>
  function wait(callback, seconds) {
    var timelag = null;
    timelag = window.setTimeout(callback, seconds);
  }
  !function (e, t, a) {
    var initCopyCode = function(){
      var copyHtml = '';
      copyHtml += '<button class="btn-copy" data-clipboard-snippet="">';
      copyHtml += '<i class="ri-file-copy-2-line"></i><span>COPY</span>';
      copyHtml += '</button>';
      $(".highlight .code pre").before(copyHtml);
      $(".article pre code").before(copyHtml);
      var clipboard = new ClipboardJS('.btn-copy', {
        target: function(trigger) {
          return trigger.nextElementSibling;
        }
      });
      clipboard.on('success', function(e) {
        let $btn = $(e.trigger);
        $btn.addClass('copied');
        let $icon = $($btn.find('i'));
        $icon.removeClass('ri-file-copy-2-line');
        $icon.addClass('ri-checkbox-circle-line');
        let $span = $($btn.find('span'));
        $span[0].innerText = 'COPIED';
        
        wait(function () { // 等待两秒钟后恢复
          $icon.removeClass('ri-checkbox-circle-line');
          $icon.addClass('ri-file-copy-2-line');
          $span[0].innerText = 'COPY';
        }, 2000);
      });
      clipboard.on('error', function(e) {
        e.clearSelection();
        let $btn = $(e.trigger);
        $btn.addClass('copy-failed');
        let $icon = $($btn.find('i'));
        $icon.removeClass('ri-file-copy-2-line');
        $icon.addClass('ri-time-line');
        let $span = $($btn.find('span'));
        $span[0].innerText = 'COPY FAILED';
        
        wait(function () { // 等待两秒钟后恢复
          $icon.removeClass('ri-time-line');
          $icon.addClass('ri-file-copy-2-line');
          $span[0].innerText = 'COPY';
        }, 2000);
      });
    }
    initCopyCode();
  }(window, document);
</script>


<!-- CanvasBackground -->


    
  </div>
</body>

</html>